- •РАСПРОСТРАНЕНИЕ СВЕТА В ВЕЩЕСТВЕ
- •Если вещество поглощает излучение, то в области поглощения дисперсия имеет аномалию:
- •Пример разложения белого света в спектр
- •10.2. Классическая теория дисперсии (теория Лоренца)
- •С другой стороны:
- •Полученная зависимость выражает явление дисперсии.
- •Если в веществе имеются различные заряды ei с массами тi, и собственными частотами
- •10.1. Поглощение света (закон Бугера)
- •Коэффициенты поглощения (спектры)
- •Виды спектров поглощения:
- •10.4. Рассеяние света
- •В неоднородной среде.
- •Закон Рэлея. Если размеры неоднородностей малы по сравнению с длиной волны (не более
- •Молекулярное рассеяние. Очищенные от примесей и загрязнений жидкости и газы тоже рассеивают свет.
РАСПРОСТРАНЕНИЕ СВЕТА В ВЕЩЕСТВЕ
Дисперсия
Дисперсия света (D)— это явления, обусловленные зависимостью
показателя преломления вещества от длины волны (или частоты): |
|
n f |
n f |
D представляет из себя производную: |
dn d |
или dn d |
|
Если dn d 0или |
dn d0 |
то дисперсия нормальная |
Нормальная дисперсия наблюдается в видимой части спектра для прозрачных веществ.
1
Если вещество поглощает излучение, то в области поглощения дисперсия имеет аномалию:
dn d 0или |
dn d0 |
Такой ход зависимости - аномальная дисперсия.
Область аномальной дисперсии совпадает с полосой поглощения (изображены пунктиром)
Все вещества являются диспергирующими
Дисперсия проявляется лишь при распространении немонохроматических волн.
Графики называются – кривой дисперсии |
2 |
|
Пример разложения белого света в спектр
3
10.2. Классическая теория дисперсии (теория Лоренца)
Дисперсия это результат действия электромагнитных волн на заряженную частицу, входящую в состав вещества:
-электроны связаны с атомом квазиупруго;
-под действием внешнего поля совершающую вынужденные колебания в переменном электромагнитном поле волны .
-диэлектрическая проницаемость, - магнитная проницаемость среды
или |
n |
|
в свою очередь 1 1 |
P |
|
|
0 E |
||||||
|
|
|
|
|||
- диэлектрическая |
восприимчивость среды; Р и Е - мгновенные значение |
поляризованности и напряженности внешнего электрического поля
Вынужденные колебания совершает один внешний, слабо связанный с ядром атома (оптический электрон).
Его наведенный дипольный момент
p ex
х – смещение электрона под |
|
действием внешнего поля |
4 |
|
С другой стороны: |
n0 – концентрация электронов |
Тогда |
|
Если поле изменяется по закону:
То электрон совершает вынужденные колебания:
5
Полученная зависимость выражает явление дисперсии.
Разрыв вблизи 0 обусловлен тем, что не учтены силы сопротивления среды (поглощение электромагнитных волн средой).
Если учесть поглощение, то ход показателя преломления в районе 0
соответствует пунктирной линии Участок АВ - область аномальной дисперсии.
Остальные участки с нормальной дисперсией.
6
Если в веществе имеются различные заряды ei с массами тi, и собственными частотами 0i , то представленная кривая имеет особенности возле каждой частоты :
Наличие дисперсии обусловлено тем, что фазовая скорость света в среде зависит от показателя преломления:
nc
В вакууме фазовые скорости одинаковы.
7
10.1. Поглощение света (закон Бугера)
Поглощение (абсорбция) света - это уменьшения энергии световой волны при ее распространении в веществе.
Энергия преобразуется в другие виды: внутреннюю энергию вещества, вторичного излучения в другие направления и другой спектральный состав.
Задача. Через однородное вещество распространяется параллельный монохроматичный световой пучок (плоская волны).
При прохождении тонкого слоя dx интенсивность
света уменьшится на dI и его можно представить:
dI I dx
- коэффициент поглощения, характеризующий поглощающие свойства вещества
Разделяем переменные и интегрируем от |
|
начальных значений до конечных (I0 I; 0 x) |
8 |
I I0 e x |
закон Бугера |
|
x |
|
|
|
Численное значение это толщин слоя: |
|
1 |
|
после |
|
|
|
||
прохождения которого интенсивность плоской волны падает в |
e 2, 72раза |
Типичная зависимость коэффициента поглощения от длины волны
и та же зависимость показателя
преломления n в области полосы поглощения.
Внутри полосы поглощения наблюдается аномальная дисперсия.
9
Коэффициенты поглощения (спектры)
Зависимость коэффициента |
Зависимость коэффициента |
|
поглощения света от частоты |
||
поглощения света от частоты для |
||
в плотных сред |
||
газов |
||
|
10